工艺过程材料特性变化对车身结构件抗撞性影响研究

论文摘要

汽车碰撞过程的计算机仿真已成为汽车碰撞安全性设计与改进的重要方法和手段,因此,如何保证仿真的精度及准确性对工程应用至关重要。本文提出车身零件在经过冲压成形之后,材料冲压前的力学性能及可变形能力与冲压后是不同的。而且本文首次提出车身零件在经历了涂装烤漆的高温之后,其力学性能也会变化。研究在材料成形和加温过程中材料性能的变化以及对车身零件抗撞性能的影响对保证碰撞仿真的有效性具有重要意义。本文基于塑性变形和温度变化对金属材料的性能影响的金属微观结构理论,运用试验手段研究在拉延和涂装烤漆过程中典型材料的扬氏模量和屈服应力的变化。首次提出应用金属晶体恢复的特性,将车身零件的性能恢复到加工之前的水平,通过材料性能不同的车身零件的碰撞试验,研究成形和烤漆加温对车身零件抗撞性能的影响,并总结用于零件碰撞性能研究的试验和评价方法。基于一步成形逆有限元方法可以对车身结构件的成形厚度和塑性应变进行预示,改进这一方法,并应用于车身结构件碰撞计算模拟中。采用LS-DYNA对汽车前纵梁的碰撞进行了仿真模拟,总结仿真碰撞模拟的关键技术和主要影响因素,着重研究工艺因素对车身结构件抗撞性的影响。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 汽车抗撞性能研究
• 1.1.1 碰撞仿真技术是汽车碰撞性能研究的重要方法
• 1.1.2 汽车碰撞仿真分析中存在的问题
• 1.1.3 提高汽车碰撞CAE 模型精度
• 1.2 将车身成形因素引入汽车抗撞性设计
• 1.2.1 将车身成形因素引入汽车抗撞性设计的意义
• 1.2.2 研究方法
• 1.2.3 国内外研究现状
• 1.3 烤漆温度对车身零件抗撞性影响
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 基于一步成形理论的预示车身部件冲压影响研究
• 2.1 绪论
• 2.1.1 一步模拟方法的基本思想
• 2.1.2 一步模拟方法中的假设及特征
• 2.2 一步成形模拟的基本理论
• 2.2.1 几何关系
• 2.2.2 单元应变
• 2.2.3 本构关系
• 2.2.4 边界条件
• 2.2.5 有限元方程的建立和求解
• 2.3 改进型逆有限元法在车身部件速成形模拟中的应用
• 2.3.1 对四节点等参单元的改进
• 2.3.2 部分减缩积分算法
• 2.2.3 计算实例
• 2.4 映射算法
• 2.4.1 整体搜索
• 2.4.2 局部自然坐标映射法
• 2.5 小结
• 第三章 冷变形及温度变化对车身结构件弹性模量和屈服强度影响研究
• 3.1 冷变形对金属性能的影响
• 3.1.1 冷变形时金属组织的变化
• 3.1.2 金属的回复和再结晶
• 3.2 弹性模量研究
• 3.2.1 影响弹性模量的因素
• 3.2.2 弹性模量的测量
• 3.3 屈服强度影响因素
• 3.4 冷拉伸及温度变化对冷扎钢板弹性模量和屈服强度的影响
• 3.4.1 冷变形改变冷扎钢板弹性模量和屈服应力试验
• 3.4.2 车身油漆工艺
• 3.4.3 温度升高对材料弹性模量和屈服应力影响试验
• 3.5 结论
• 3.6 小结
• 第四章 车身结构耐撞性有限元法基本理论及关键算法研究
• 4.1 弹塑性有限元法
• 4.2 汽车碰撞系统有限元方程求解方法
• 4.2.1 直接积分法
• 4.2.2 空间有限元离散
• 4.3 碰撞仿真有限元法求解中的关键技术
• 4.3.1 应力修正
• 4.3.2 沙漏控制
• 4.4 接触一碰撞界面算法
• 4.4.1 接触搜索算法
• 4.4.2 接触力算法
• 4.5 小结
• 第五章 基于工艺过程材料性能变化的车身结构件碰撞试验研究
• 5.1 汽车碰撞试验概述
• 5.2 本研究的试验目的
• 5.3 试验方案的确定
• 5.3.1 试件的选择
• 5.3.2 试验系统确定
• 5.3.3 试验准备
• 5.4 碰撞试验
• 5.5 试验结果对比
• 5.5.1 碰撞过程对比
• 5.5.2 加速度对比
• 5.5.3 残余变形对比
• 5.6 小结
• 第六章 工艺过程材料特性变化对车身结构件抗撞性影响仿真研究
• 6.1 碰撞模拟主要影响因素研究
• 6.1.1 碰撞模拟中的结构单元
• 6.1.2 网格大小选择
• 6.1.3 材料本构关系模型
• 6.1.4 摩擦系数的选取
• 6.1.5 沿厚度方向积分点个数的影响
• 6.1.6 接触方式的选择
• 6.1.7 沙漏能和控制参数
• 6.2 碰撞有限元模型建立
• 6.3 成形预示引入碰撞模拟分析
• 6.4 材料性能变化对碰撞仿真影响
• 6.4.1 零件厚度不均匀影响
• 6.4.2 零件材料硬化影响
• 6.4.3 屈服应力影响
• 6.4.4 杨氏模量影响
• 6.4.5 材料性能变化综合影响
• 6.5 结论
• 6.6 小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT